密闭还原炉处理含铜电镀污泥的工艺设计

阳伦庄，王邕舟

（长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000）

据统计，我国电镀企业每年产生约1 000万t电镀污泥，其中有大量的有价金属可以回收。目前国内外有关重金属污泥资源化回收技术主要有焙烧～浸出、置换电解、浸出置换、氨浸出、微生物处理、矿物化、高温还原法等[1]，但只有高温还原法广泛应用于工业生产。当前，国内处理这类污泥采用的高温还原法主要是制砖—鼓风炉熔炼工艺。该工艺是先将原料预干燥至适合压砖的水分含量，然后经制砖机制砖，砖块经自然晾干后输送至鼓风炉炉熔炼，处置在普通空气参与下完成，产出合金或品位较低的初级金属。该工艺具有流程短，金属回收率较高、工艺成熟等优点，但是传统鼓风炉加料口漏入空气量较大，导致熔炼炉出口烟气量大，熔炼过程的燃料消耗多，现场环境较差。借鉴铅锌密闭鼓风炉熔炼工艺，能较好解决上述环保、能耗高问题，从目前设计的项目来看，应用该工艺综合回收重金属电镀污泥能取得很好的技术经济指标。

1 原料

本设计的物料为国内某地区产出的多种重金属电镀污泥的混合料，其成分见表1。

表1 电镀污泥化学成分（干基）

2 工艺选择

从原料成分表1可以看出，电镀污泥中的铜锌含量较低，金属种类多，如果采用湿法浸出工艺，不仅工艺流程长，浸出药剂消耗大，浸出液净化工艺非常复杂，生产成本会很高，而且湿法工艺会产生大量含重金属的废水，废水处理成本高，容易引起二次污染。针对这种原料的性质特点，以电镀污泥无害化处理及综合利用为宗旨，将污泥进行一步火法处理即可，将危废物转化成玻璃态固化渣以实现无害化处理的目的。在无害化处理的同时尽可能的回收有价值的金属，形成初级产品出售给专业冶炼厂处理做进一步加工，以避免深度处理带来的二次污染。本设计采用密闭鼓风炉还原熔炼工艺处理电镀污泥，在将污泥无害化的同时综合回收其中的铜、银、锌等有价金属，解决了传统鼓风炉熔炼工艺的环保差、能耗高问题。

3 工艺流程设计

本设计采用电镀污泥配料～干燥～制块～密闭还原熔炼工艺生产黑铜及冰铜。烟气中富集得到的含锌烟尘作为副产品外售；产出的炉渣经水淬后作建材或水泥厂原料外售。电镀污泥综合利用工艺原则流程如图1所示。

图1 电镀污泥综合利用工艺原则流程图

（1）电镀污泥干燥与配料。电镀污泥原料含水率一般在75%～90%，pH值在6.70～9.77之间，进入密闭熔炼炉之前需进行干燥，干燥后污泥含水分约40%～45%。干燥后的污泥送入压块机制块，还原煤、石英石、炭精经精确计量后与制块后的污泥一起送密闭熔炼炉。

（2）密闭还原熔炼。采用周期性批次加料方式从炉子顶部加入。炉料在密闭鼓风炉内的反应机理与ISP法的铅锌密闭鼓风炉比较相似，主要是CuO、ZnO的还原过程。还原生成的铜呈熔体进入炉缸；锌呈蒸气进入炉顶空间被二次空气氧化，随烟气进入收尘系统以氧化锌形态收集。为了能实现上述目的，在鼓风炉设计中采用了有别于一般鼓风炉的技术，如密闭加料料钟、密闭炉顶、虹吸放铜等。炉料在炉内发生的主要化学反应有：

熔炼生成的黑铜、冰铜和炉渣在风口以下的静止渣层中沉淀分离。黑铜和冰铜比重大，沉降在底层，由出铜口排出；炉渣在炉缸熔体最上层，由出渣口间断排出进入冲渣池水淬。熔炼烟气送收尘、脱二噁英、脱硫处理达标排放，收下的烟尘外售。

4 主要设备

图2 密闭还原熔炼炉

本工艺设计电镀污泥处理的核心设备是1台密闭还原熔炼炉，见图2。

5 主要技术指标

本工艺设计主要技术指标见表2。

表2

6 结论

采用密闭还原熔炼工艺处理含铜电镀污泥，该工艺在对污泥进行无害化处置的同时，综合回收其中的铜、锌、银等有价金属，较好地解决了工业园区所面临的环保问题，对完善当地生态工业链，提升循环经济产业发展的能力和水平，带动地方经济、社会发展和生态环境的改善均具有重要意义，具有较好的应用前景。①采用密闭还原熔炼炉处理含铜电镀污泥可产出黑铜，铜、银的回收率＞90%，锌的回收率＞60%，综合回收好。②采用密闭料罐自动上料，解决了传统鼓风炉熔炼工艺的现场操作环境差、能耗高问题。③原料适应性强，可处理含铜品位很低的原料。